多重環形電感 RFID 天線之實作與量測

經設計與模擬後，使用雙重電感性圓環之架構即可符合本論文設計之要求，

因此針對此一設計實作與量測，實作之製程是採用 PET 材料為基板，基厚度為 1mm，而印刷天線之導體材料為銀膠，天線之面積為 10cm×1.5cm，實作之照片 如圖 3.16 所示。

圖3.16 天線實作照片

關於天線輸入阻抗之量測，由於本論文所設計之多重環形電感 RFID 天線為 對稱性結構，天線之電流分佈呈對稱性分佈，因此為準確量測天線，必須使用平 衡式饋入(balanced feed)之方式，例如圖 3.17 (b)所示之雙導線饋入，此種平衡式 饋入乃為利用雙導線之對稱結構，雙導線之火線與地線結構相同，因此電流分佈 為對稱，將其分別饋入天線之火線與地線，可使天線上之電流為等量對稱，即為 平衡式饋入；若使用一般常見之同軸線(coaxial cable)饋入，如圖 3.17(a)，由於同 軸線作為火線與地線之內導體與外導體結構上並不對稱，因此火線與地線之電流 分佈亦不對稱，將其分別饋入天線之火線與地線，內導體電流流向天線之一端，

而外導體電流之一部分可能由外導體之外表面往回流，並沒有全然地流入天線之 另一端，使得天線之火線與地線饋入電流不對稱，進而可能影響天線之輸入阻抗 與輻射場型，在此情況下所量測到的天線輸入阻抗值並非天線正常工作時的狀

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態，量測上會有不準確性，因此於饋入天線時，必須使用一 balun 將非平衡 (unbalunce)結構轉為平衡(balunce)結構，亦即將同軸線轉為雙導線，再饋入天線 之兩端，如圖 3.18 所示，如此才可消除因為饋入不正確所產生的不準度。

圖3.17 (a)使用同軸線之非平衡式饋入 (b)使用雙導線之平衡式饋入

圖3.18 非平衡轉平衡式饋入

本論文之量測使用一顆商用 balun 如圖 3.19 所示，為 Mini-circuits 公司之 JTX-4-10T 型號 balun，其適用頻率範圍為 50~1000MHz，阻抗比(impedance ratio) 為 1：4。由於其阻抗比為 1：4，因此當其一端接 50 歐姆之同軸線接頭時，另一

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端之輸出為 100 歐姆，為了連接阻抗亦為 50 歐姆之同軸線，因此需再設計一 100 歐姆轉 50 歐姆之阻抗轉換網路(impedance transform circuit)，將 balun 之輸出端 阻抗轉為 50 歐姆，此架構之示意圖如圖 3.20 所示，由同軸接頭連接一 balun，

經一阻抗轉換網路，連接至由兩條同軸線所實現之雙導線，再饋入天線之兩端，

在此架構中使用兩條相同同軸線之內導體作為雙導線，一條作為火線，另一條作 為地線，由於其內導體結構對稱，可視為兩條結構相同之雙導線，如此便可將非 平衡同軸接頭轉為平衡式雙導線饋入，實作之照片如圖 3.21 所示。

圖3.19 Mini-circuits JTX-4-10T

圖3.20 同軸線轉雙導線架構

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圖3.21 同軸線轉雙導線架構之實作照片

而在開始量測之前必須先做儀器之校正，且整個非平衡轉平衡模組的效應也 必須校正掉，在此使用的校正法為單埠 SOL(short、open、load)校正法，分別將 balun 模組前端之雙導線，即兩同軸線之內導體，焊成 short、open 及焊接 50 歐 姆之 load，並分別對這三種狀態做校正，以將量測之參考平面(reference plane)校 正到 balun 模組之最前端，如圖 3.22 所示，如此在量測時所測量到的值才是由 balun 模組最前端所看到天線之輸入阻抗值，不會包含 balun 模組的效應。

圖3.22 校正參考平面

此外在量測時必須注意，balun 模組必須與天線垂直，如圖 3.23 所示，垂直 的目的在於避免 balun 模組上之電流所產生的電磁場耦合到天線上，影響天線的 輻射與特性，當 balun 模組與天線垂直時，balun 模組雙導線上的電流與天線上 的電流亦相互垂直，此時的電磁場耦合量最小，因此可將 balun 模組影響天線的 效應降至最低，以減低量測上的不準度。

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圖3.23 量測方法與製具

以上即為天線之量測方法與設定，除了使用非平衡轉平衡之 balun 模組，儀 器量測參考面之校正，量測時亦需考量電磁場耦合的效應，將 balun 模組垂直地 饋入至天線，以降低量測上之誤差，此外，由於天線是實作在 PET 基板上，PET 本身的熔點低，遇高溫即熔化，所以 balun 模組之前端雙導線無法直接焊接至天 線的饋入端，因此採用直接碰觸的饋入方法，將 balun 模組垂直地碰觸天線之饋 入端並將其固定以完成饋入，再將 balun 模組之同軸接頭連接至網路分析儀之 cable，如此完成天線輸入阻抗之量測。

依照上述之量測方法量測雙重電感性圓環 RFID 天線之輸入阻抗，量測結果 與模擬之比較如圖 3.24 所示。

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700 800 900 1000 1100

Frequency (MHz)

0 25 50 75 100 125 150

Resi sta n ce (Ω )

0 25 50 75 100 125 150

Reac ta nc e ( Ω )

Simulation Measurement

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Frequency (MHz)

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Resi sta n ce (Ω )

0 25 50 75 100 125 150

Reac ta nc e ( Ω )

Simulation Measurement Simulation Measurement

圖3.24 雙重環形電感 RFID 天線輸入阻抗之量測圖

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